部分領(lǐng)先中國 美國量子計算獲突破 全球首個1000量子比特芯片面

計算機(jī)的發(fā)明和廣泛應(yīng)用對人類的科學(xué)研究、生產(chǎn)生活等產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。計算機(jī)具有強(qiáng)大的信息存儲能力、自動化和高速計算能力，可以在短時間內(nèi)處理海量數(shù)據(jù)。為了滿足人類對處理更多數(shù)據(jù)的需求，人們構(gòu)建了超級計算機(jī)，其計算數(shù)據(jù)處理能力獲得了巨大的提升。

超級計算機(jī)仍然無法滿足人類的需求。為了解決這個問題，一種基于量子力學(xué)原理的全新計算機(jī)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。量子計算機(jī)相較于傳統(tǒng)計算機(jī)具有更強(qiáng)大的算力，能夠解決傳統(tǒng)計算機(jī)難以解決的復(fù)雜問題，加速科學(xué)研究的進(jìn)展。此外，量子計算機(jī)還可以加速人工智能的發(fā)展，因為人工智能算法通常需要大量的計算資源。

由于量子計算機(jī)對未來世界格局以及人類科技發(fā)展具有重大意義，世界各大國都投入了大量的人才和資源進(jìn)行研究。雖然中國在量子計算機(jī)技術(shù)方面處于全球領(lǐng)先地位，但美國作為世界第一科技大國，也在量子計算機(jī)技術(shù)研究方面取得了重要成果。

近期，美國IBM公司在2023年12月初召開的量子峰會上宣布了重大成果，發(fā)布了多款量子計算軟硬件產(chǎn)品。

其中最引人注目的是一款名為“IBM量子系統(tǒng)2”的超導(dǎo)量子計算原型機(jī)，其基于第3代量子芯片Heron。IBM量子系統(tǒng)2配備了3個Heron超導(dǎo)量子芯片，每個芯片擁有133個量子比特。設(shè)備采用六邊形的模塊化設(shè)計，單臺重達(dá)9噸，寬6.7米、高4.6米。這種模塊化設(shè)計便于擴(kuò)展，可以通過連接形成更強(qiáng)大的量子計算機(jī)。

由于采用了超導(dǎo)量子比特，該設(shè)備的體積巨大。超導(dǎo)量子比特的硬件基礎(chǔ)是約瑟夫森結(jié)，它由兩個超導(dǎo)體夾著一個絕緣層構(gòu)成。通過向約瑟夫森結(jié)發(fā)射微波光子，可以操控庫珀對，從而保存、更改和讀出單個量子比特的信息。此外，IBM還在峰會上發(fā)布了另一款名為“Condor”的超導(dǎo)量子芯片，擁有1121個量子比特，是世界上第一個超過1000量子比特的量子芯片。

雖然中國在超導(dǎo)量子計算方面也有研究，早在2021年，中國就構(gòu)建了國際上量子比特數(shù)最多的66量子比特的超導(dǎo)量子計算原型機(jī)“祖沖之二號”。這一成就得益于中國的重要科學(xué)家潘建偉院士，他被譽(yù)為中國的“量子之父”。但美國谷歌公司推出的70個量子比特的量子計算原型機(jī)“懸鈴木二代”已經(jīng)打破了“祖沖之二號”的紀(jì)錄。而從已公布的研究成果來看，美國在超導(dǎo)量子計算機(jī)研究方面的技術(shù)水平已經(jīng)強(qiáng)于中國。

這種情況的出現(xiàn)源于中美在量子計算領(lǐng)域的競爭。中美兩國都意識到了量子計算的重要性，并將其視為國家戰(zhàn)略的一部分。兩國都在加大對量子計算研究的投入，以爭奪技術(shù)領(lǐng)先地位。

中國在量子計算領(lǐng)域取得了一些重要的突破，如潘建偉院士領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊在2020年實現(xiàn)了量子霸權(quán)，即在特定任務(wù)上超越了傳統(tǒng)計算機(jī)的能力。中國還在超導(dǎo)量子計算機(jī)方面取得了一定的進(jìn)展，構(gòu)建了具有大量量子比特的原型機(jī)。

美國在量子計算領(lǐng)域也有自己的優(yōu)勢和突破。谷歌公司在2019年宣布實現(xiàn)了量子霸權(quán)，并展示了其72量子比特的量子計算原型機(jī)。IBM公司也在不斷推進(jìn)量子計算技術(shù)，發(fā)布了新的量子計算硬件和軟件產(chǎn)品。

中美在量子計算領(lǐng)域的競爭不僅體現(xiàn)在技術(shù)上，還涉及到政策、資金和人才等方面。兩國都制定了相應(yīng)的發(fā)展計劃，并投入了大量的資金用于研究和發(fā)展。同時，吸引和培養(yǎng)高水平的科學(xué)家和工程師也成為兩國的重要任務(wù)。

中美之間的競爭推動了量子計算技術(shù)的突破和進(jìn)步。無論是中國還是美國，都在努力推動量子計算的發(fā)展，并希望能在這一領(lǐng)域取得領(lǐng)先地位。這種競爭有助于推動科學(xué)研究的進(jìn)展，加速了量子計算技術(shù)的商業(yè)化和應(yīng)用推廣。